电子钟课程设计1.6.doc

目录目录 绪绪论论 1 1 第第 1 1 章章 单单片片机机选选型型 2 2 1 1 单片机的型号选择 2 1 2 AT89C51 简介 2 1 2 1 主要特性 2 1 2 2 管脚说明 2 1 2 3 振荡器特性 3 1 2 4 复位电路 3 第第 2 2 章章 电电子子时时钟钟 4 4 2 1 电子钟的概念 4 2 2 电子钟的时钟功能 4 2 3 工作原理 4 2 4 电子钟的优点 4 2 5 数码管显示 4 第第 3 3 章章 电电子子时时钟钟的的硬硬件件设设计计 6 6 3 1 Proteus 的简介 6 3 1 1 EDA 工具软件的功能 6 3 1 2 特点 6 3 2 电子时钟的原理图及分析 7 4 4 系统仿真与实验测试 13 4 4 1 系统仿真 13 4 4 2 实验测试 13 4 4 3 性能测试 14 第第 5 5 章章 实实验验心心得得 1 15 5 附附录录 元元器器件件明明细细表表清清单单 1 16 6 参参考考文文献献 1 17 7 基于单片机的电子时钟的设计 1 绪论绪论 单单片片机机的的概概念念 单片微型计算机简称单片机 是典型的嵌入式微控制器 Microcontroller Unit 常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机 它最早是被用在工业控制领域 由于 单片机在工业控制领域的广泛应用 为使更多的业内人士 学生 爱好者 产品开发人 员掌握单片机这门技术 于是产生单片机开发板 比较有名的例如电子人DZR 01A 单片机开发板 单片机由芯片内仅有CPU 的专用处理器发展而来 最早的设计理念是 通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中 使计算机系统更小 更容易集成进复 杂的而对体积要求严格的控制设备当中 INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的 处理器 从此以后 单片机和专用处理器的发展便分道扬镳 单单片片机机的的硬硬件件特特性性 1 单片机集成度高 单片机包括CPU 4KB 容量的 ROM 8031 无 128 B 容 量的 RAM 2 个 16 位定时 计数器 4 个 8 位并行口 全双工串口行口 2 系统结构简单 使用方便 实现模块化 3 单片机可靠性高 可工作到 10 6 10 7 小时无故障 4 处理功能强 速度快 单单片片机机的的应应用用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域 几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹 导弹的导航装置 飞机上各种仪表的控制 计算机的网络通讯与数据传输 工业自动化 过程的实时控制和数据处理 广泛使用的各种智能IC 卡 民用豪华轿车的安全保障 系统 录像机 摄影机 全自动洗衣机的控制 以及程控玩具 电子宠物等等 这些 都离不开单片机 更不用说自动控制领域的机器人 智能仪表 医疗器械以及各种智能 机械了 因此 单片机的学习 开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学 家 工程师 单片机广泛应用于仪器仪表 家用电器 医用设备 航空航天 专用设备 的智能化管理及过程控制等领域 基于单片机的电子时钟的设计 2 第第 1 1 章章 单片机选型单片机选型 1 11 1 单片机的型号选择单片机的型号选择 通过对多种单片机性能的分析 最终认为 89C51 是最理想的电子时钟开发芯片 89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压 高性能 CMOS8 位微处理 器 器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造 与工业标准的 MCS 51 指令集 和输出管脚相兼容 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中 ATMEL 的 89C51 是一种高效微控制器 而且它与 MCS 51 兼容 且具有 4K 字节可编程闪烁存储器 和 1000 写 擦循环 数据保留时间为 10 年等特点 是最好的选择 1 21 2 AT89C51AT89C51 简介简介 1 2 11 2 1 主要特性主要特性 与 MCS 51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器 寿命 1000 写 擦循环 数据保留时间 10 年 全静态工作 0Hz 24MHz 三级程序存储器锁定 128 8 位内部 RAM 32 可编程 I O 线 两个 16 位定时器 计数器 P2 口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 口缓冲器可接收 输出 4 个 TTL 门电流 当 P2 口被写 1 时 其管脚被内部上拉电阻拉高 且作为输入 并因此作为输入时 P2 口的管脚被外部拉低 将输出电流 这是由于内部上拉的缘 故 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时 P2 口 输出地址的高八位 在给出地址 1 时 它利用内部上拉优势 当对外部八位地 址数据存储器进行读写时 P2 口输出其特殊功能寄存器的内容 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 P3 口 P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I O 口 可接收输出 4 个 TTL 门电流 当 P3 口写入 1 后 它们被内部上拉为高电平 并用作输入 作为输入 由于外 部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的频率周 期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的1 6 因此它可用作对外部输出的脉冲 或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数据存储器时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部 执行状态 ALE 禁止 置位无效 基于单片机的电子时钟的设计 3 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每个机器周期两 次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出现 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管 是否有内部程序存储器 当 EA 端保持高电平时 此间内部程序存储器 在 FLASH 编程期间 此引脚也用于施加12V 编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 1 1 2 2 3 3 振荡器特性振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以配置为片内振 荡器 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用 如采用外部时钟源驱动器件 XTAL2 应不接 有余输入至内部 时钟信号要通过一个二分频触发器 因此对外部时钟信号的脉宽无任 何要求 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 1 1 2 2 4 4 复位电路复位电路 单片机复位的条件是必须使 RST VPD 或 RST 引 9 加上持续两个机器周期 即 24 个 振荡周期 的高电平 例如 若时钟频率为 12 MHz 每机器周期为 1 s 则只需 2 s 以 上时间的高电平 在 RST 引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位 单片机常见的复 位如图所示 电路为上电复位电路 它是利用电容充电来实现的 在接电瞬间 RESET 端 的电位与 VCC 相同 随着充电电流的减少 RESET 的电位逐渐下降 只要保证 RESET 为高 电平的时间大于两个机器周期 便能正常复位 该电路除具有上电复位功能外 若要复位 只需按图中的 RESET 键 此时电源 VCC 经电阻 R1 R2 分压 在 RESET 端产生一个复位高电 平 第第 2 2 章章 电子时钟电子时钟 2 12 1 电子钟的概念电子钟的概念 电子钟是一种用数字电路技术实现时 分 秒计时的装置 与机械时钟相比具有更 高的准确性和直观性 且无机械装置 具有更长的使用寿命 电子钟已成为人们日常生 活中必不可少的必需品 广泛用于个人家庭以及车站 码头 剧院 办公室等公共场所 给人们的生活 学习 工作 娱乐带来极大地方便 2 22 2 电子钟的时钟功能电子钟的时钟功能 具有可选的 24h 小时 或 12h 小时 的计时方式 显示时 分 秒 具有快速 校准时 分 秒的功能 能设置起闹时刻 响闹时间为1min 分钟 超过 1min 分钟 自动停止 具有人工止闹功能 止闹后不再重新操作 将不再发生起闹 具有整点报时功能 基于单片机的电子时钟的设计 4 第第 3 3 章章 电子时钟的硬件设计电子时钟的硬件设计 3 13 1 ProteusProteus 的简介的简介 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件 该软件中国 总代理为广州风标电子技术有限公司 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能 还能仿真单片机及外围器件 它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具 虽然目前 国内推广刚起步 但已受到单片机爱好者 从事单片机教学的教师 致力于单片机开发 应用的科技工作者的青睐 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 仿真软件 从原理图 布图 代码调试到单片机与外围电路协同仿真 一键切换到PCB 设计 真正实现了 从概念到产品的完整设计 是目前世界上唯一将电路仿真软件 PCB 设计软件和虚 拟模型仿真软件三合一的设计平台 其处理器模型支持 8051 HC11 PIC10 12 16 18 24 30 DsPIC33 AVR ARM 8086 和 MSP430 等 2010 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器 并持续增加其他系列处理器模型 在编 译方面 它也支持 IAR Keil 和 MPLAB 等多种编译器 3 1 13 1 1 EDAEDA 工具软件的功能工具软件的功能 1 原理布图 2 PCB 自动或人工布线 3 SPICE 电路仿真 3 1 23 1 2 特点特点 1 电路仿真互动 用户甚至可以实时采用诸如 RAM ROM 键盘 马达 LED LCD AD DA 部分 SPI 器件 部分 IIC 器件 2 仿真处理器及其外围电路 可以仿真 51 系列 AVR PIC ARM 等常用主流单片机 还可以直接在基于原理 图的虚拟原型上编程 再配合显示及输出 能看到运行后输入输出的效果 配合系 统配置的虚拟逻辑分析仪 示波器等 Proteus 建立了完备的电子设计开发环境 基于单片机的电子时钟的设计 5 3 23 2 电子时钟的原理图及分析电子时钟的原理图及分析 3 2 13 2 1 原理图原理图 3 2 23 2 2 基本原理基本原理 实训使用 AT89C51 控制 其中 P1 扫描输出位选信号 段选线由 P0 控制 p3 口做控制 信号 使用外部中断 1 作调节小时 外部中断 0 作调节分钟 定时器 T0 在定时模式作调节 秒 定时器 T1 在计数模式用于计数 而 P0 0 做总控开关的入口 一般电子钟是一个将 时 分 秒 显示于人的视觉器官的计时装置 它的计时周期 为 24 小时 第第 4 4 章章 电子时钟软件设计电子时钟软件设计 4 14 1 软件设计流程图软件设计流程图 4 1 14 1 1 主程序主程序 主程序功能主要是初始化 正常显示时间和判断功能转换键 显示时间调用显示子程 序 当 P2 7 端口按键按下时 转入调时功能程序 主程序流程图如图 4 1 所示 图 3 1 Protues 仿真软件的原理图 基于单片机的电子时钟的设计 6 1s 1 60s 0 1 24h 0 1 60min N N N N Y Y Y Y N N N 4 1 24 1 2 定时器定时器 T0T0 中断服务程序中断服务程序 时钟的最小计时单位是秒 60 s 进位 1 min 60 min 进位 1 h 定时器 T0 用于产生最 小单位 1 s 定时时间为 50 ms 中断累计 20 次即为 1 s 计数单元中的十进制 BCD 数每逢 60 进位 程序流程图如图 4 2 所示 时候可以在线检测是否指令正确 3 编程完成之后 然后编译 如果没错误 编译通过 否则再进行程序修改 直到 编译通过 4 34 3 程序程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP L3 ORG 000BH LJMP SHI ORG 0013H LJMP FEN ORG 001BH LJMP L1 MAIN MOV SP 5FH MOV TMOD 16H MOV TH0 255 MOV TL0 255 MOV TH1 3CH MOV TL1 0B0H MOV R4 00H MOV R5 00H MOV R6 00H SETB EA CLR EX0 CLR EX1 图 4 1 主程序流程图图 4 2 定时器 T0 中断服务程序流程图 基于单片机的电子时钟的设计 7 SETB IT0 SETB IT1 CLR ET0 SETB TR0 SETB TR1 SETB ET1 MOV R7 20 LOOP MOV A R4 MOV B 10 DIV AB MOV DPTR 0300H MOVC A A DPTR MOV P0 A MOV P1 01H LCALL DELAY MOV P0 0FFH MOV A B MOVC A A DPTR MOV P1 02H MOV P0 A LCALL DELAY MOV P0 0FFH MOV P2 0FFH JNB P2 0 INN0 MOV P1 04H MOV P0 0F6H LCALL DELAY MOV P0 0FFH MOV A R5 MOV B 10 DIV AB MOVC A A DPTR MOV P1 08H MOV P0 A MOV P1 08H LCALL DELAY MOV P0 0FFH MOV P2 0FFH JNB P2 0 INN0 MOV A B MOVC A A DPTR MOV P1 10H MOV P0 A LCALL DELAY MOV P0 0FFH MOV P1 20H MOV P0 0F6H LCALL DELAY MOV P0 0FFH MOV P2 0FFH JNB P2 0 INN0 MOV A R6 MOV B 10 DIV AB MOVC A A DPTR MOV P1 40H MOV P0 A LCALL DELAY MOV P0 0FFH MOV A B MOVC A A DPTR MOV P1 80H MOV P0 A LCALL DELAY MOV P0 0FFH MOV P2 0FFH JNB P2 0 INN0 LJMP LOOP INN0 CPL ET0 CPL ET1 CPL EX0 CPL EX1 LJMP LOOP ORG 0100H L1 PUSH A MOV TH1 3CH MOV TL1 0B0H DJNZ R7 LP MOV R7 20 INC R4 MOV A R4 CJNE A 60 LP MOV R4 00H INC R5 MOV A R5 CJNE